Совершенствование сменного рабочего оборудования одноковшового экскаватора для укладки труб тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.05.04, кандидат наук Комаров, Евгений Дмитриевич

• Комаров, Евгений Дмитриевич
• кандидат наук
• 2014

Оглавление диссертации кандидат наук Комаров, Евгений Дмитриевич

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение

1 Состояние вопроса

1.1 Классификация экскаваторов и средств, применяемых для укладки труб

1.2 Краткий обзор предыдущих исследований

Выводы по главе

2 Методика выполнения работы

2.1 Выбор критериев эффективности экскаватора со сменным рабочим оборудованием для укладки труб

2.2 Методика модельно-ориентированного проектирования

2.3 Структура работы

Выводы по главе

3 Математическое моделирование экскаватора

3.1 Математическое описание движения экскаватора

3.1.1 Разработка расчетной схемы экскаватора

3.1.2 Кинетическая энергия звеньев экскаватора

3.1.3 Потенциальная энергия звеньев экскаватора

3.1.4 Обобщенные непотенциальные силы, действующие на звенья экскаватора

3.1.5 Уравнения движения экскаватора

3.2 Математическое описание гидропривода экскаватора

3.2.1 Разработка расчетной схемы гидропривода экскаватора

3.2.2 Математические модели элементов гидропривода

3.3 Общая блок-схема математической модели экскаватора

3.4 Моделирование одноковшового экскаватора с использованием программного продукта Matlab - Simulink

3.4.1 Составление блок-схемы механической подсистемы в программном продукте Matlab - SimMechanics Second-Generation

3.4.2 Составление блок-схемы гидравлической подсистемы в программном продукте Matlab - SimHydraulics

3.4.3 Общая блок-схема математической модели в обозначениях

программного продукта Matlab - Simulink и выбор решателя

3.5 Подтверждение адекватности математической модели

Выводы по главе

4 Совершенствование процесса центрирования путем оснащения сменного рабочего оборудования устройством для центрирования труб

4.1 Выбор способа очувствления

4.2 Планирование траектории движения

4.3 Управление движением экскаватора

4.4 Апробирование работы устройства центрирования

Выводы по главе

5 Теоретические исследования процесса центрирования

5.1 Методика исследования процесса центрирования

5.1.1 Методика поиска времени завершения процесса центрирования

5.1.2 Методика многопоточных вычислений математической модели экскаватора

5.1.3 Методика поиска начальных условий для решения

дифференциальных уравнений математической модели экскаватора

5.2 Анализ влияния погрешностей измерений датчиков на точность позиционирования укладываемой трубы в пространстве

5.3 Анализ влияния параметров гидропривода на эффективность центрирования труб

5.4 Анализ эффективности экскаватора со сменным рабочим оборудованием,

оснащенным устройством для центрирования

Выводы по главе

6 Разработка инженерной методики выбора основных параметров устройства

для центрирования труб

Основные результаты и выводы

Спсок использованных источников

Приложения

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование сменного рабочего оборудования одноковшового экскаватора для укладки труб»

Введение

Актуальность работы.

Экскаваторы со сменным рабочим оборудованием получили повсеместное распространение. Они используются для решения различных задач от погрузки-разгрузки грузов до строительства инженерных сетей и сооружений. За последние 10 лет экскаваторы, датчики и исполнительные устройства, используемые с ними, были значительно усовершенствованы. За счет этого уменьшились погрешности позиционирования, обусловленные конструктивными особенностями экскаватора, как следствие, повысилась точность выполняемых работ. Это позволило экскаваторам значительно расширить спектр своего применения. В совокупности с применением современных средств автоматизации это позволяет реализовывать различные конструктивные решения и точные алгоритмы управления, значительно увеличивающие эффективность работ.

Одно из применений экскаваторов со сменным рабочим оборудованием — укладка трубопроводов. Существует большое количество разработок сменного рабочего оборудования для различных типов труб, все они совершенствуют процессы захвата труб и соединения с ранее уложенной трубой и обеспечивают необходимую эффективность. Устройства для позиционирования трубы в траншее проработаны недостаточно, таким образом, совершенствование процесса укладки труб экскаватором со сменным рабочим оборудованием для укладки труб является целесообразным и осуществимым путем оснащения экскаватора со сменным рабочим оборудованием устройством для центрирования труб. Предлагаемое устройство позволит значительно увеличить эффективность работы экскаватора по укладке трубопроводов за счет сокращения времени центрирования, повышения его точности и экономии энергии, затрачиваемой на центрирование.

Таким образом, совершенствование экскаватора со сменным рабочим оборудованием для укладки труб путем оснащения устройством для центрирования труб является актуальной задачей, которую необходимо выполнить, используя современные методы управления и встраиваемые системы.

Исследование и выявление закономерностей процессов работы экскаватора со сменным рабочим оборудованием, оснащенным устройством центрирования, с целью выбора основных его параметров, также актуально. Степень разработанности.

Существует большое количество устройств позиционирования рабочих органов для многих строительных машин, но автоматизированные устройства для центрирования труб не разработаны. Задачи исследования процессов укладки труб осложняются тем, что существующие математические модели экскаваторов рассчитаны в первую очередь на моделирование в малых перемещениях и мало подходят для исследования в больших перемещениях при решении задач динамики.

Целью диссертационной работы является повышение эффективности работ по укладке трубопроводов экскаватором со сменным рабочим оборудованием путем его оснащения устройством для центрирования труб.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

• выявить и обосновать основные критерии эффективности укладки труб экскаватором со сменным рабочим оборудованием;

• разработать математическую модель экскаватора со сменным рабочим оборудованием, оснащенным устройством для центрирования труб;

• разработать алгоритм работы устройства для центрирования труб;

• разработать структурную схему устройства для центрирования труб;

• выявить основные закономерности процесса центрирования труб;

• разработать и внедрить инженерную методику выбора основных параметров устройства для центрирования труб.

Объектом исследования является рабочий процесс укладки труб экскаватором со сменным рабочим оборудованием, оснащенным устройством для центрирования труб.

Предметом исследования являются закономерности, определяющие эффективность укладки труб экскаватором со сменным рабочим оборудованием, оснащенным устройством для центрирования труб.

Научная новизна работы:

• разработана математическая модель экскаватора со сменным рабочим оборудованием, оснащенным устройством для центрирования труб;

• разработан алгоритм работы устройства для центрирования труб, включающий методику планирования сглаженных траекторий центрирования и методику определения положения укладываемой трубы относительно ранее уложенной;

• выявлены основные закономерности, устанавливающие связь между параметрами гидропривода экскаватора со сменным рабочим оборудованием для укладки труб и его эффективностью.

Теоретическая значимость:

> использованный подход к математическому моделированию (для моделирования гидропривода не принимается допущение о несжимаемости жидкости; перемещение штоков гидроцилиндров рассчитывается математической моделью механической системы на основании значений давлений, рассчитываемых гидравлической подсистемой) может быть использован для моделирования больших перемещений любой строительной техники с гидроприводом;

> предложенный алгоритм планирования сглаженных траекторий центрирования труб рассматривает все возможные варианты перемещений, включая движение без равноускоренного участка.

Практическая значимость:

—разработана методика центрирования труб;

— усовершенствована конструкция сменного рабочего органа одноковшового экскаватора путем оснащения устройством для центрирования труб;

— разработана инженерная методика выбора основных параметров устройства для центрирования труб сменного рабочего оборудования одноковшового экскаватора.

Внедрение результатов работы.

Инженерная методика выбора основных параметров устройства для центрирования труб сменного рабочего оборудования одноковшового экскаватора внедрена в ОАО «Омский завод транспортного машиностроения» г. Омска.

Методология и методы исследования.

В работе использованы методология системного анализа, методы математического моделирования, математического анализа, прикладной математики, управления техническими системами, модельно-ориентированного исследования и планирования эксперимента.

Положения, выносимые на защиту:

математическая модель экскаватора с гидроприводом со сменным рабочим оборудованием для укладки труб, оснащенным устройством для центрирования труб;

^ алгоритм работы устройства для центрирования труб; структурная схема устройства для центрирования труб; закономерности, характеризующие влияние параметров гидропривода на процесс центрирования труб;

инженерная методика выбора основных параметров устройства для центрирования труб.

Степень достоверности.

Достоверность научных положений и выводов, сформулированных в диссертационной работе, обусловлена корректным использованием уравнений движения твердого тела и уравнений течения сжимаемой гидравлической жидкости, моделированием в современном программном обеспечении (МаНаЬ - 81тиНпк), теоретическими исследованиями, позволившими установить работоспособность разрабатываемого устройства, а также совпадением результатов компьютерного моделирования и данных, полученных в ходе экспериментальных исследований.

Апробация результатов работы.

Основные результаты работы докладывались и получили положительные отзывы на 63-й, 65-й и 66-й научно-технических конференциях ФГБОУ ВПО «СибАДИ»; V, VI, VII Всероссийских научно-практических конференциях ФГБОУ ВПО «СибАДИ» «Развитие дорожно-транспортного комплекса и строительной инфраструктуры на основе рационального природопользования»; XII Международной научно-инновационной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых с элементами научной школы «Теоретические знания в практические дела»; Международном конгрессе «Архитектура, строительство, транспорт»; Региональной научно-технической конференции молодых ученых, студентов, аспирантов (с международным участием) «Новые технологии на транспорте в энергетике и строительстве»; на научных семинарах факультета "Нефтегазовая и строительная техника" ФГБОУ ВПО «СибАДИ».

Публикации.

По результатам работы опубликовано 14 печатных работ, в том числе 4 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 1 патент на полезную модель и 2 свидетельства о регистрации электронного ресурса.

Структура и содержание работы.

Диссертационная работа состоит из введения, шести глав с выводами, списка использованных источников, включающего 104 наименования, и приложений на 24 страницах. Работа изложена на 179 страницах, содержит 6 таблиц и 52 рисунка.

1 Состояние вопроса

1.1 Классификация экскаваторов и средств, применяемых для укладки труб

Экскаватор состоит: из ходовой тележки, поворотной платформы, капота, силовой установки, кабины, стрелы, рукояти, рабочего оборудования (РО) и набора гидроцилиндров (ГЦ) (рисунок 1.1). Современные экскаваторы оборудуют также системами локального и глобального позиционирования.

Экскаваторы можно классифицировать по типу силового привода и типу привода рабочего оборудования (рисунок 1.2). В механической трансмиссии движение от силовой установки передается с помощью зубчатых, цепных, клиноременных и канатных передач. В объемном гидроприводе энергия от силовой установки передается с помощью жидкости. Объемные гидропередачи в экскаваторах применяют как без добавления, так и с добавлением к ним механических передач. В гидродинамической передаче используют гидромуфты или гидротрансформаторы. В электродинамической передаче вместо гидромуфт или гидротрансформаторов устанавливают электромуфты. В смешанных передачах применяют два или три типа различных передач [7,37].

По типу привода различают экскаваторы с механическим, гидромеханическим, гидравлическим, электрическим и смешанным приводами. Экскаватор с механическим приводом характеризуется применением только механических передач и в настоящее время почти не используется. Если в механическую трансмиссию включают гидродинамическую передачу (преимущественно гидротрансформатор), то такой тип привода называют гидродинамическим. В объемном гидроприводе первичным потребителем энергии являются насосы, нагнетающие жидкость под давлением по гидросети к гидродвигателям, от которых приводятся в движение рабочее оборудование и механизмы экскаватора [7,37].

Рисунок 1.1 — Строительный экскаватор со сменным рабочим оборудованием М2Р

Рисунок 1.2 - Классификация экскаваторов и их приводов

При электрическом приводе передача энергии от силовой установки к механизмам машины производится как электрическим, так и механическим способами. В смешанных приводах используют два или три типа различных передач [7,37].

По возможности вращения поворотной части (платформы) экскаваторы бывают полноповоротными и неполноповоротными, когда угол вращения ограничен, что для экскаватора применяется достаточно редко [7,37].

На серийно выпускаемых Тверским, Ковровским, Воронежским и Нижнетагильским заводами отечественных экскаваторах применены двухпоточные системы гидропривода от автоматических регулируемых насосов с объединением потоков вручную и групповым параллельно-последовательным питанием гидродвигателей. Совершенствование перспективных отечественных экскаваторов производится с учетом опыта зарубежных фирм [7,37].

Так, например, фирма ЫеЬИегг выпускает машины с использованием системы ЬИгошк, которая применима для экскаваторов различной мощности. Система Ькгогик - это управление гидрораспределителями, двигателем, насосом, контроль и отображение на дисплее информации о работе двигателя и гидросистемы, сигнализация в случае отклонений от нормальной работы привода. По специальному заказу потребителя может быть установлена система выведения двигателя на уменьшенную топливоподачу в случае отсутствия нагрузки привода во время технологических пауз [88].

Насос имеет системы: отсечки, нуль-установителя, вторичного регулирования. ЕКО-система применена для управления двигателем в трех режимах, соответствующих тяжелой, общего назначения и легкой работам. Электронная система регулирования обеспечивает управление двигателем в режиме использования полной мощности или части мощности двигателя [88].

В гидросистеме установлен гидравлически управляемый семизолотниковый моноблочный гидрораспределитель. Суммирование потоков предусмотрено для гидромеханизмов рукояти и стрелы. Возможно совмещение всех движений элементов РО с поворотом платформы и передвижением экскаватора [88].

Фирма Когг^и и другие японские фирмы применяют гидросистему типа Ь8 с гидрораспределителями, имеющими «открытый» центр, которая регулирует подачу рабочей жидкости в зависимости от потребности. Эта система имеет также отсечку по давлению, обеспечивающую перевод качающего узла насоса в

положение, близкое к нулевому, с сохранением давления на РО при введении его в стопорный режим [88].

При применении системы LS достигаются экономия топлива и снижение уровня шума за счет уменьшения различных потерь мощности в гидроприводе (потерь при нахождении рычагов управления в нейтральном положении, потерь на дросселирование, потерь при высокоточном управлении) [88].

Благодаря применению гидросистем с объединением потоков для питания гидроцилиндров рукояти, приоритетным питанием гидромотора (ГМ) поворота платформы достигаются высокая скорость движения рукояти и эффективное совмещение ее движений с поворотом платформы. В результате в сочетании с высокими усилиями на РО машина имеет минимальную продолжительность рабочего цикла и, как следствие, повышенную производительность. На экскаваторах массой 44 т фирмы Hitachi использована система ETS (полного электронного управления), в которую включены контур быстрого прогрева рабочей жидкости и удароликвидирующий клапан. Система позволяет повысить технико-эксплуатационные показатели экскаваторов, снизить расход топлива и уровень шума [88].

На ряде экскаваторов фирмы Caterpillar-Mitsubishi применены система электронного управления силовой установкой и система выбора рабочих режимов [88].

Система управления силовой установкой обеспечивает возможность двух видов управления: переключения режимов мощности и автоматического управления двигателем. В зависимости от эксплуатационных условий нагрузки предусмотрено трехступенчатое переключение мощности насосов. Режим точного управления выбирается при выполнении операций, связанных с малой нагрузкой, отрыве от траншей и других операциях, требующих повышенной точности движений РО. Универсальный режим применяется при обычных земляных работах с высокими требованиями к производительности. Режим тяжелого нагружения может быть использован в суровых эксплуатационных условиях, когда двигатель работает с максимальной мощностью [14,88].

Система управления двигателем позволяет автоматически снижать его обороты при переводе рычагов управления экскаватором в нейтральное положение, что способствует снижению расхода топлива при ожидании самосвалов и других технологических простоях [14,88].

Система выбора рабочих режимов создает возможность изменения рабочих характеристик машины в соответствии с характером работ и обеспечивает выполнение машиной тех действий, которые нужны оператору. Достигается это выбором трех вариантов работы гидросистемы экскаватора ускоренной разработке и погрузке грунта, отрывке траншей и необходимости точного управления, например при планировке площадок [14,88].

На экскаваторах фирмы Kobe (Япония) применяют дизельные двигатели с турбонаддувом, непосредственно связанные с насосами, имеющими предельное регулирование суммарной мощности, систему снижения частоты вращения вала двигателя и систему переключения режимов работы машины, что обеспечивает одновременное достижение высокой эксплуатационной производительности и экономию топлива [88].

Основные задачи, которые ставятся при создании новой машины согласно современным требованиям, предъявляемым отечественными и международными стандартами к гидравлическим полноповоротным экскаваторам: повышение технической и эксплуатационной производительности; снижение удельной материалоемкости; совершенствование гидравлического привода и конструкции основных механизмов и сборочных единиц; улучшение условий технического обслуживания машины и труда оператора. Для их выполнения на новом экскаваторе ЭО-5225 осуществлен комплекс конструктивных решений, которые отличают новую машину от экскаваторов той же размерной группы, созданных ранее на Воронежском экскаваторном заводе. В результате проведенной работы значительно улучшены практически все параметры экскаватора ЭО-5225 по сравнению с отечественными и зарубежными аналогами [37].

В качестве силовой установки на новой машине применен дизельный двигатель ЯМЭ-238Б с турбонаддувом мощностью 300 л.е., что на 67 % больше

мощности двигателя у заменяемого экскаватора ЭО-5124А. К картеру маховика двигателя ЯМЭ-238Б присоединен редуктор с двумя автоматически регулируемыми аксиально-поршневыми насосами с объемной подачей 160 см3/оборот производства завода «Пневмостроймашина». Применение такой силовой установки позволяет не только повысить величину многих параметров экскаватора ЭО-5225, но и увеличить срок службы дизельного двигателя [1,37].

Средства для монтажа трубопроводов можно разделить на три группы [67]:

- средства для непосредственной укладки труб в траншею;

- средства для состыковки и соединения труб;

- универсальные средства.

Примерная классификация способов и средств механизации работ по монтажу трубопроводов приведена на рисунке 1.3. Если раньше зачастую применялись просто крюки на самом ковше экскаватора, за которые цеплялась лебедка с трубой, то в настоящее время используются специализированные грузозахватные устройства. Все устройства можно условно разбить на две группы: одиночные захваты и двухзахватные траверсы, причем применение одиночных захватов намного более трудоемко, так как не позволяет избежать перекоса трубы и осложняет ориентацию трубы в траншее. В 1985 г. в США был запатентован первый сменный трубозахват для экскаватора, с тех пор эта область достаточно быстро развивается. Экскаватор, оснащенный траверсой, имеет ряд преимуществ перед обычным краном-трубоукладчиком. Гибкость экскаватора с траверсой дает возможность укладывать трубы не только под прямыми углами, но и под каким-либо заданным углом к направлению траншеи (если это требуется или мешают какие-либо препятствия). Конструкция захвата трубы позволяет стыковать трубы непосредственно при укладке в траншею, а при соответствующем оборудовании возможно соединение труб в раструб. Это может уменьшить затраты на укладку труб и в первую очередь сократить количество машин на стройплощадке. Эффективность использования экскаваторов с подобными сменными РО в значительной степени определяется современными требованиями, предъявляемыми к конструкции как экскаватора и его системы управления, так и к

конструкции самого РО [9]. При этом кардинального отличия от установленных процессов укладки нет, за исключением уменьшения количества машин [37].

го ^ аз га Ш 2

ш О

сС О

а. С

Рисунок 1.3 - Классификация способов и средств механизации работ по монтажу трубопроводов [37]

В качестве РО наиболее распространены траверсы, оснащенные различными устройствами, позволяющими автоматизированно соединять укладываемую трубу с ранее уложенной с помощью механизмов, работающих от гидропривода экскаватора (рисунок 1.4) [37].

Рисунок 1.4 - Траверса 1: 1 - рама; 2 - гидроцилиндр; 3,4 - система тяг и рычагов;

5 - уложенная труба; 6 - захват для уложенной трубы;

7 - укладываемая труба; 8 - захват для укладываемой трубы;

9 - крюк

Существует множество вариаций траверсы, к примеру устройство для монтажа чугунных раструбных труб диаметром от 100 до 250 мм с резиновыми уплотнительными манжетами (рисунок 1.5). Привод стыковочных устройств осуществляют от базовой машины, однако при производстве работ необходимо постоянное нахождение рабочих в траншее [37].

1 - подвеска; 2 - реечный вращатель; 3 - траверса; 4 - упор; 5 - гидроцилиндр стыковки; 6 - гидроцилиндр захвата; 7 - захват; 8 - поддерживающее колесо

В связи с этим Тульским политехническим институтом и трестом «Туласпецстрой» было разработано устройство, изображенное на рисунке 1.6 [37].

Устройство с трубой опускают в траншею на место укладки так, чтобы торец щеки подвижного захвата уперся в торец раструба ранее уложенной трубы. Описанное устройство может быть использовано и на монтаже труб на резиновых уплотнительных кольцах [37].

Рисунок 1.6 — Схемы устройств и навесного оборудования для монтажа чугунных труб: а - простейшее устройство для монтажа труб; б - навесное оборудование конструкции Тульского политехнического института; в - навесное оборудование для монтажа и зачеканки чугунных труб; 1 - вороток; 2 - рычаги; 3 - винт; 4 - стойки; 5, 19 - монтируемые трубы;

6 - гибкие тяги; 7 - упорно-направляющий диск; 8 - гайка; 9 - траверсы; 10 — каретки подвижные; 11- гидроцилиндры; 12 - скоба; 13 - каретка неподвижная;

14 - хомут; 15, 35 - ранее уложенные трубы; 16 — упор; 17 — захват конусный; 18 - захваты подвижные; 20 - тяга; 21 - диск нажимной; 22 - гидродомкрат нажимной; 23 - вилка опорная; 24 - рама; 25 - прядь пеньковая; 26 - гидроцилиндры подвижного и

неподвижного захватов; 27 - гидроцилиндр правого хвата; 28 - труба укладываемая; 29 — захват неподвижный; 30 - упор правый; 31 - гидроцилиндр перемещения чеканов;

32 - чеканы; 33 - схват подвижного захвата; 34 - гидроцилиндр подачи трубы

Таким образом, выбор РО для трубоукладки очень велик и все они совершенствуются, что позволяет подобрать их для любых целей и любого экскаватора.

В данной работе будет рассмотрен экскаватор ЭО-33221А со сменным РО -двухзахватной траверсой для укладки труб. Применение ЭО-33221А в качестве трубоукладчика целесообразно [66,67]. Разработано большое количество

эффективных устройств для стыковки и соединения труб, а средства для непосредственной укладки труб в траншею и центрирования укладываемой трубы относительно ранее уложенной являются наиболее несовершенными и несовременными из всех рассмотренных устройств. Поэтому было принято решение заниматься совершенствованием сменного рабочего оборудования одноковшового экскаватора для укладки труб.

1.2 Краткий обзор предыдущих исследований

Коллективом К. Фу, Р. Гонсалес, К. Ли [22] были проведены глобальные исследования манипуляторов, в том числе и строительных, к которым, при решении задачи укладки труб, можно отнести и экскаваторы. Рассмотрены вопросы кинематики манипуляторов, в том числе решения обратной и прямой кинематических задач, динамики манипуляторов; представлены методы Лагранжа-Эйлера для неконсервативных систем (без элементов Фохта), уравнения Ньютона-Эйлера, обобщенные уравнения Д'Аламбера; методы планирования сглаженных траекторий и различных способов управления манипуляторами. Основной акцент сделан на манипуляторе Пума.

Е.И. Юревич [85] в первую очередь исследовал вопросы управления роботами-манипуляторами, в том числе дискретное цикловое, дискретное позиционное, непрерывное программное, адаптивное и интеллектуальное, групповое и др. Также он затрагивал вопросы различных приводов манипулятора.

М.С. Корытов [50] исследовал вопросы планирования траекторий перемещения грузов грузоподъемными кранами, используя математические аппараты, подходящие и для планирования траекторий строительного манипулятора. Математическая модель объекта в работе была представлена с помощью уравнений Лагранжа-Эйлера с использованием элементов Фохта, действующих по вращательным степеням свободы, без учета точек крепления

гидроцилиндров и изменения обобщенных координат методом заморозки. Модель была реализована с ГШ Matlab Simulink в продукте SimMechanics First-Generation.

Игнасио Эррера Агилар (Ignacio Herrera Aguilar) и Дэниел Сидобре (Daniel Sidobre) [93] занимались вопросами планирования групповых траекторий строительного манипулятора с помощью кватернионов. Были предложены формулы для сглаживания траектории, не являющиеся справедливыми для всех случаев; вопросы обеспечения качества управления рассмотрены не были.

A.A. Руппель [75] занимался вопросами повышения точности разработки грунта одноковшовым экскаватором с гидроприводом. Д.Б. Комаров в работе [37] обосновал конструкции и параметры экскаватора со сменным РО для монтажа раструбных трубопроводов. В обоих работах математическая модель объекта представлена с помощью уравнений Лагранжа-Эйлера и элементов Фохта и реализована на языке программирования Фортран. Гидропривод экскаватора был представлен в виде передаточных звеньев с допущением о несжимаемости жидкости. Исследованы кинематические и динамические характеристики объектов управления, предложены методики этих исследований.

Элвин Энтони (Alvin Anthony) [88] исследовал гидропривод экскаватора с учетом сжимаемости жидкости и инерции элементов гидрооборудования: золотника, валов гидромоторов и гидронасосов. Математическая модель была реализована в AMESim с малым количеством допущений, она не использует метод заморозки коэффициентов для больших перемещений.

B.Е. Киреев [31] рассматривал вопросы совершенствования гидропривода одноковшовых экскаваторов уменьшением нерастворенных газов в рабочей жидкости. Математическая модель гидропривода была разбита методом декомпозиции на математические элементы отдельных звеньев, давление в гидролиниях определялось с учетом сжимаемости жидкости и расходов на входе и выходе из нее. Комплексное исследование параметров гидропривода не проводилось.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Комаров, Евгений Дмитриевич, 2014 год

Список использованных источников

1. Автоматизация и проектирование строительных и дорожных машин : труды ВНИИстройдормаша. - М., 1983. - Вып. 98. - 100 с.

2. Алгоритм проектирования устройства для центрирования труб : свид. 19590 от 28.10.2013, per. ИНИПИ РАО ОФЭРНиО / Е.Д. Комаров, A.A. Руппель; организация-разработчик ФГБОУ ВПО "СибАДИ".

3. Алгоритм работы устройства для центрирования труб : свид. 19589 от 28.10.2013, per. ИНИПИ РАО ОФЭРНиО / Е.Д. Комаров, A.A. Руппель; организация-разработчик ФГБОУ ВПО "СибАДИ".

4. Алексеева, Т.В. Гидропривод и гидр о автоматика землеройно-транспортных машин. Исследования и основы расчета / Т.В. Алексеева. - М. : Машиностроение, 1966. - 147 с.

5. Алексеева, Т.В. Научно-технические основы использования объемного гидропривода для регулирования процесса копания землеройно-транспортных машин : дис. ... д-ра техн. наук / Алексеева Тамара Васильевна. - Омск : СибАДИ, 1966. - 326 с.

6. Амелькин, Н.И. Динамика твердого тела [Электронный ресурс] / Н.И. Амелькин. - М., 2012. - 1 электрон, опт. диск (DVD).

7. Андрианов, Ю.Д. Робототехника / Ю.Д. Андрианов и др.; под ред. : Е.П. Попова, Е.И. Юревича. - М. : Машиностроение, 1984. - 288 с.

8. Баловнев, В.И. Моделирование процессов взаимодействия со средой рабочих органов дорожно-строительных машин / В.И. Баловнев. - М.: Высшая школа, 1981.-335 с.

9. Баловнев, В.И. Тенденция развития и оценка новых конструктивных решений строительных манипуляторов и дорожных машин / В.И. Баловнев, В.В. Петроченко. - М. : ЦНИИТЭстроймаш, 1973. - 88 с.

10. Бахвалов, Н.С. Современные проблемы вычислительной математики и математического моделирования/Н.С. Бахвалов, В.В. Воеводин. -М.: Наука, 2005. - 343 с.

11. Башта, Т.М. Гидропривод и гидропневмоавтоматика / Т.М. Башта. - М. : Машиностроение, 1972. - 368 с.

12. Беренгард, Ю.Г. Синтез произвольных систем гидропривода на ЭВМ / Ю.Г. Беренгард, М.М. Гайцгори // Автоматизация расчетов строительных и дорожных машин. - М. : ВНИИстройдормаш, 1975. - №75. - С. 14-29.

13. Бранец, В.Н. Применение кватернионов в задачах ориентации твердого тела / В.Н. Бранец, И.П. Шмыглевский. - М. : Наука, 1973. - 320 с.

14. Васильченко, В.А. Гидравлическое оборудование мобильных машин : справочник / В.А. Васильченко. - М. : Машиностроение, 1983. - 302 с.

15. Волков, Д.А. Основы планирования эксперимента и обработки экспериментальных данных : конспекты лекций / Д.А. Волков. - М.: МАДИ, 1971.

16. Воронов, A.A. Основы теории автоматического регулирования / A.A. Воронов и др. -М. : Высшая школа, 1977. - 519 с.

17. Гаврилов, В.Н. Методы многокритериальной оптимизации / В.Н. Гаврилов. -М. : МАДИ, 1982.-72 с.

18. Гидравлика гидромашины и гидроприводы : учебник для машиностроительных вузов / Т.М. Башта и др. - 2-е изд., перераб. - М.: Машиностроение, 1982. - 423 с.

19. Гидравлические машины, гидропривод мобильных машин : учебное пособие / Т. В. Алексеева, Н. С. Галдин, Э. Б. Шерман, Б. П. Воловиков. -Омск : ОмПИ, 1987. - 88 с.

20. Глушец, В.А. Совершенствование системы управления рыхлительным агрегатом : дис. ... канд. техн. наук / Глушец Виталий Алексеевич. - Омск : СибАДИ, 2004. - 204 с.

21. Гойдо, М.Е. Проектирование объемных гидроприводов / М.Е. Гойдо. - М., 2009. - 304 с.

22. Гонсалес, P.C. Робототехника / P.C. Гонсалес; К.С.Г. Ли; К.С. Фу; пер. с англ. - М. : Мир, 1989.-620 с.

23. Гуцевич, П.Э. Гидроаппаратура с пропорциональным управлением / П.Э. Гуцевич, Б.И. Говзман // Вопросы создания систем и агрегатов гидроавтоматики сельскохозяйственных машин. - М. : ВИСХО М, 1984.

24. Деменков, Н.П. Модельно-ориентированное проектирование систем управления. - М. : МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2010.

25. Динамика управления роботами / под ред. Е.И. Юревича. - М. : Наука, 1984. -336 с.

26. Еремин, E.JI. Математическое и компьютерное моделирование / E.J1. Еремин, В.В. Еремина, М.С. Капитонова. - Благовещенск, 2005.

27. Жданов, A.B. Обоснование основных конструктивных параметров гидравлических рулевых механизмов строительных и дорожных машин с шарнирно-сочлененной рамой : дис. ... канд. техн. наук / Жданов Алексей Валерьевич. - Омск : СибАДИ, 2007. - 218 с.

28. Зеленин, А.Н. Машины для земляных работ: учебное пособие для вузов /

A.Н. Зеленин, В.И. Баловнев, И.П. Керов. - М. : Машиностроение, 1975. -424 с.

29. Калинин, A.B. Курс лекций по дисциплине "Гидравлика" для студентов строительных специальностей / A.B. Калинин. - Тольятти : Тольяттинский государственный университет, 2007.

30. Кассандрова, О.Н. Обработка результатов наблюдений / О.Н. Кассандрова,

B.В. Лебедев. - М. : Наука, 1970. - 104 с.

31. Киреев, В.Е. Совершенствование гидропривода одноковшовых экскаваторов уменьшением нерастворенных газов в рабочей жидкости : автореф. дис. ... канд. техн. наук / Киреев Валерий Ефимович. - Омск : СибАДИ, 1985. - 18 с.

32. Княжев, Ю.М. Исследование одноковшого экскаватора с целью повышения точности выполнения земляных работ : дис. ... канд. техн. наук / Княжев Юрий Михайлович. - Омск, 1980. - 213 с.

33. Княжев, Ю.М. Теоретические основы методов управления оптимальными режимами рабочих процессов землеройно-транспортных машин : автореф. дис. ... д-ра техн. наук / Княжев Юрий Михайлович. - Омск : СибАДИ, 1996. -42 с.

34. Козырев, Ю.Г. Промышленные роботы : справочник / Ю.Г. Козырев. - М. : Машиностроение, 1983. - 376 с.

35. Комаров, Д.Б. Кинематический анализ подвески рабочего органа манипулятора для монтажа раструбных трубопроводов / Д.Б. Комаров // Гидропривод и системы управления строительных и дорожных машин. — Омск : ОмПИ, 1986. - С. 72-73.

36. Комаров, Д.Б. Лабораторные испытания строительного манипулятора для монтажа раструбных трубопроводов / Д.Б. Комаров // Гидропривод и системы управления строительных и дорожных машин. - Омск : ОмПИ, 1988. - С. 115118.

37. Комаров, Д.Б. Обоснование конструкции и параметров строительного манипулятора для монтажа раструбных трубопроводов : дис. ... канд. техн. наук / Комаров Дмитрий Борисович. - Омск, 1989. - 201 с.

38. Комаров, Е.Д. Визуализация алгоритма управления строительным манипулятором для укладки труб / Е.Д. Комаров // Материалы VI Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. - Омск : СибАДИ, 2011. - Кн. 2. - С. 72-75.

39. Комаров, Е.Д. Выбор и обоснование расчетной схемы манипулятора для укладки труб / Е.Д. Комаров // Материалы V Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. -Омск : СибАДИ, 2010. - Кн. 2. - С. 260-263.

40. Комаров, Е.Д. Математическое моделирование сложных технических систем с помощью Simulink / Е.Д. Комаров, A.A. Руппель // Автоматика и программная инженерия. - Новосибирск : НГТУ, 2013. -№2(4). - С. 71-81.

41. Комаров, Е.Д. Математическое обоснование алгоритма укладки труб строительным манипулятором / Е.Д. Комаров // Материалы Всероссийской 65-й научно-технической конференции (с международным участием). -Омск : СибАДИ, 2011. - Кн. 2. - С. 105-108.

42. Комаров, Е.Д. Моделирование гидроцилиндров в программном продукте Matlab SimMehcanics / Е.Д. Комаров, A.A. Руппель // Вестник Академии военных наук. - 2011. - № 2(35) спецвыпуск. - С. 168-173.

43. Комаров, Е.Д. Моделирование строительного манипулятора для укладки труб в Matlab / Е.Д. Комаров, A.A. Руппель // Материалы Всероссийской 63-й научно-технической конференции (с международным участием). - Омск : СибАДИ, 2009. - Кн. 3. - С. 99-102.

44. Комаров, Е.Д. Моделирование строительного манипулятора в программном продукте Matlab SimMechanics Secod Generation / Е.Д. Комаров, A.A. Руппель // Материалы Всероссийской 66-й научно-технической конференции (с международным участием). - Омск : СибАДИ, 2012. - Кн. 1. - С. 398-402.

45. Комаров, Е.Д. Определение коэффициента сервиса в произвольной точке пространства / Е.Д. Комаров, С.Н. Паркова // Омский научный вестник. — 2012. -№3(113). -С. 158-162.

46. Комаров, Е.Д. Определение уравнений рабочей зоны N-звенного манипулятора / Е.Д. Комаров // Материалы VII Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. -Омск : СибАДИ, 2012. - С. 37-40.

47. Комаров, Е.Д. Проведение стендовых испытаний гидропривода с объемным регулированием / Е.Д. Комаров, A.C. Сагандыков // Материалы IV

межвузовской научной конференции студентов и аспирантов. - Омск : ОмГТУ, 2013.-С. 36-40.

48. Комаров, Е.Д. Устройство для центрирования труб : патент на полезную модель № RU 139564 / Е.Д. Комаров, A.A. Руппель; СибАДИ. -№ 2013147108/06 ; заявл. 22.10.2013; опубл. 20.04.2014, Бюл. № 11.

49. Комаров, Е.Д. Экспериментальные исследования физической модели автогрейдера / Е.Д. Комаров, A.A. Портнова // Вестник СибАДИ. - 2013. - № 6(32).-С. 68-73.

50. Корытов, М.С. Развитие теории управления процессами перемещения грузов грузоподъемными кранами в трехмерном неоднородном организованном пространстве : дис. ... д-ра техн. наук / Корытов Михаил Сергеевич. - Омск, 2012.-250 с.

51. Красовский, Г.И. Планирование эксперимента / Г.И. Красовский, Г.Ф. Филаретов. - Мн. : БГУ им. В.И. Ленина, 1982. - 302 с.

52. Крупкина, Т.В. Математическая статистика [Электронный ресурс]. -Красноярск : ИПК СФУ, 2009. - 1 электрон, опт. диск (DVD).

53. Кулаков, Ф.Н. Динамическая модель робота / Ф.Н. Кулаков, С.Н. Новаченко, В.А. Павлов // Теория, принципы устройства и применение роботов и манипуляторов. - Л. : ЛПИ, 1974. - С. 123-126.

54. Лисеев, И.А. Системный подход в современной науке / И.А. Лисеев, В.П. Садовский. - М. : Прогресс-Традиция, 2004. - 234 с.

55. Ломакин, В.П. Динамика комплексных систем одноковшовых экскаваторов : дис. ... д-ра техн. наук / Ломакин Василий Павлович. — Харьков, 1970. - 374 с.

56. Математическая обработка результатов эксперимента / В.К. Калоша и др. — М. : Высшая школа, 1982. - 103 с.

57. Математические основы теории автоматического моделирования / под ред. В.К. Чемоданова. - М. : Высшая школа, 1977. - 366 с.

58. Математическое моделирование элементов гидроприводов строительных и дорожных машин : методические указания / сост. : Т.В. Алексеева и др. — Омск : СибАДИ, 1980. - 34 с.

59. Медведев, B.C. Системы управления манипуляционных роботов / B.C. Медведев и др. ; под ред. Е.П. Попова. - М. : Наука, 1978. - 416 с.

60. Мелентьев, К.И. Динамика манипуляционных систем роботов / К.И. Мелентьев, А.И. Телегин. - Иркутск : Изд-во Иркут. ун-та, 1985. - 352 с.

61. Механика промышленных роботов : учеб. пособие для втузов : в 3 кн. / под ред. : К.В. Фролова, Е.И. Воробьева. - М. : Высшая школа, 1988. - 367 с.

62. Мэтьюз, Джон Г. Численные методы. Использование MATLAB / Джон Г. Мэтьюз, Куртис Д. Финк; пер. с англ. — 3-е изд. - М. : Издательский дом "Вильяме", 2001. - 720 с.

63. Овакимян, Л.Г. Представление движения механизма в пространстве обобщенных координат / Л.Г. Овакимян. - М. : Наука, 1975. - С. 56-65.

64. Пановко, Я.Г. Введение в теорию механических колебаний / Я.Г. Пановко. -М. : Наука, 1971.-240 с.

65. Пантелеев, A.B. Методы оптимизации в примерах и задачах / A.B. Пантелеев, Т.А. Летова. - 2-е изд. - М. : Высшая школа, 2005. - 544 с.

66. Перспективы применения монтажных манипуляторов // Монтажные и специальные работы в строительстве. - 1978. - № 1.

67. Петров, Б.А. Манипуляторы / Б.А. Петров. - Л. : Машиностроение, Ленинград, отд-ние, 1984. - 238 с.

68. Пивцаев, А.Н. Математическая модель экскаватора / А.Н. Пивцаев, B.C. Щербаков. - Омск, 1982. - 43 с. - Деп. в ЦНИИТЭстроймаше 3.03.1982.

69. Пол, Р. Моделирование, планирование траекторий и управление движением робота-манипулятора / Р. Пол. - М. : Наука, 1976. - 103 с.

70. Попов Д.Н. Механика гидро- и пневмоприводов: учебник для вузов / Д.Н. Попов. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001. - 320 с.

71. Попов, Д .Н. Гидромеханика: учебник для вузов / Д.Н. Попов, С.С. Панаиотии, М.В. Рябин ; под ред. Д.Н. Попова. - М. : Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002.-384 с.

72. Попов, Е.П. Манипуляционные работы, динамика и алгоритмы / Е.П. Попов, А.Ф. Верещагин, C.JI. Зенкевич. - М. : Наука, 1979. - 400 с.

73. Реклейтис, Г. Оптимизация в технике / Г. Реклейтис, А. Рейвиндран, К. Рэгсдел ; пер. с англ. : в 2 кн. - М. : Мир, 1986. - Кн. 1. - 349 с.

74. Реклейтис, Г. Оптимизация в технике / Г. Реклейтис, А. Рейвиндран, К. Рэгсдел ; пер. с англ. : в 2 кн. - М.: Мир, 1986. - Кн. 2. - 320 с.

75. Руппель, A.A. Повышение точности разработки грунта одноковшовым экскаватором с гидроприводом : дис. ... канд. техн. наук / Руппель Алексей Александрович. - Омск, 1986. - 325 с.

76. Себер, Дж. Линейный регрессионный анализ / Дж. Себер ; пер. с англ. -М. : Мир, 1980.-456 с.

77. Солонина, А.И. Цифровая обработка сигналов. Моделирование в Simulink : учеб. пособие / А.И. Солонина. - СПб. : БХВ-Петербург, 2012. - 432 с.

78. Страуструп, Бьерн. Язык программирования С++ / Бьерн Страуструп. -М. : Бином, 2011. - 1136 с.

79. Тарасик, В.П. Математическое моделирование технических систем : учебник для вузов / В.П. Тарасик. - Мн. : ДизайнПРО, 2004. - 640 с.

80. Чернова, Н.И. Математическая статистика : учеб. пособие / Н.И. Чернова; Новосиб. гос. ун-т. - Новосибирск, 2007. - 148 с.

81. Шкляр, В.Н. Планирование эксперимента и обработка результатов : конспект лекций для магистров по направлению 220200 "Автоматизация и управление в технических (мехатронных) системах" / В.Н. Шкляр. - Томск : ТПУ, 2010.

82. Щербаков, B.C. Математическая модель строительного манипулятора на базе одноковшового экскаватора с гидроприводом / B.C. Щербаков, Д.Б. Комаров. - Омск, 1987. - 36 с. - Деп. в ЦНИИТЭстроймаше 06.01.1987, №5-сд 87.

83. Щербаков, B.C. Научные основы повышения точности работ, выполняемых землеройно-транспортными машинами : дис. ... д-ра техн. наук / Щербаков Виталий Сергеевич. - Омск, 2000. - 416 с.

84. Щербаков, B.C. Математическое описание рыхлительного агрегата в однородных системах координат / B.C. Щербаков. - М. : МАДИ, 1980. - 48 с.

85. Юревич, Е.И. Основы робототехники / Е.И. Юревич. — 2-е изд. - СПб. : БХВ-Петербург, 2005. - 416 с.

86. Юревич, Е.И. Теория автоматического управления : учебник для студентов высш. учеб. заведений / Е.И. Юревич. - Изд. 2-е, перераб. и доп. - JI. : Энергия, 1975.-416 с.

87. Яковлев, Г.Н. Геометрия : теория и ее использование для решения задач : учеб. пособие / Г.Н. Яковлев. - Минск : Альфа; ООО "Попурри", 1995. -335 с.

88. Alvin, Anthony. Modeling and Analysis of Hydraulic Load Sensing : PhD Thesis. -Parma. 2004.-251 pp.

89. Anand, V., Kansal, H. and Singla, A. "Some aspects in bond graph modeling of robotic manipulators : Angular velocities from symbolic manipulation of rotation matrices," Technical Report, Department of Mechanical Engineering, Sant Longowal Institute of Engineering and Technology, 2003.

90. Cheol-Gyu, P., Kwang-Ho, L. A Simulation Environment for Excavator Dynamics, Daewoo Heavy Industries Limited.

91. Frank, M. White. Viscous fluid flow. 2nd ed. - New York : McGraw-Hill, Inc., 1991. -616 pp.

92. Giles, D. Wood, Dallas C. Kennedy. Simulating Mechanical Systems in Simulink. - Natick, MA : The Math Works, 2003. - 25 pp.

93. Ignacio Herrera Aguilar, Daniel Sidobre. On-line trajectory planning of robot manipulator's end. Toulouse, France. 2005. — 10 pp.

94. Joe, P. Energy Efficient Fluid Power : Valve Efficiency through Machine System Know - How, Design News Editorial.

95. Manfred, Hiller. Modeling, simulation and control design for large and heavy manipulators, Journal of Robotics and Autonomous Systems 19 (1996) pp. 167177.

96. Matlab. Reference Manual, 2013.

97. Matlab. SimHydraulics Reference Manual, 2013.

98. Matlab. SimMechanics First-Generation Reference Manual, 2013.

99. Matlab. SimMechanics Second-Generation Reference Manual, 2013.

100. Matlab. SimScape Reference Manual, 2013.

101. Matlab. Simulink Reference Manual, 2013.

102. Paolo, Casoli, Alvin Anthony, and Manuel Rigossi. Modeling of an Excavator System - Semi Empirical Hydraulic Pump Model, SAE Commercial Vehicle Congress 2011, September 2011, Rosemont, IL, USA.

103. Peter, B., Martin, O. Multi -Domain Simulation : Mechanics and Hydraulics of an Excavator, Proceedings of the 3rd International Modelica Conference, Linkong, November 3-4, 2003.

104. Miller, Steve. Backhoe Model in Simscape. Available at : http://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/39520-backhoe-model-in-simscape accessed 25.01.2013.